多时间点多组织转录组解析锥虫耐受性与易感性牛群的免疫调控机制

这篇研究通过Affymetrix牛基因组芯片分析了锥虫耐受型N'Dama牛与易感型Boran牛在刚果锥虫（T. congolense）感染过程中的多组织（外周血单核细胞PBMC、肝脏、淋巴结和脾脏）基因表达谱。研究发现两品种对感染的响应模式相似，但关键差异体现在免疫相关基因（如抗菌肽基因LEAP2、CATHL3、DEFB4A、S100A7和细胞因子基因CCL20、CXCL11等）的差异表达。特别值得注意的是，外周血中凝血和铁稳态相关基因的表达差异支持了"锥虫耐受性取决于对寄生虫血症和免疫性贫血双重控制"的假说，为理解宿主-寄生虫互作提供了新视角。

　　

多组织动态转录图谱揭示牛锥虫耐受机制

材料与方法

研究采用Affymetrix牛基因组芯片对5头锥虫耐受型N'Dama牛和5头易感型Boran牛在刚果锥虫（T. congolense）感染过程中的4种组织（PBMC、肝脏、淋巴结和脾脏）进行转录组分析。实验设计包含12个时间点（0-35天），重点关注第一波寄生虫血症周期（14-34天）。通过limma包进行差异表达分析，采用farms算法进行标准化，并运用g:Profiler和EnrichmentMap进行功能富集分析。

结果

主成分分析显示肝脏样本与其他组织显著分离（PC1解释82.86%变异），反映了组织特异性响应模式。差异表达基因（DEG）数量呈现波动模式，在21天和35天出现峰值，与寄生虫血症周期高度吻合。值得注意的是：

• N'Dama牛早期（<21天）DEG数量显著多于Boran牛

• 响应对比（RESP）分析发现淋巴结在35天时差异最显著

• 直接对比（DIRE）显示外周血在34天差异最大

关键差异基因

最显著的重复出现基因包括：

1. 免疫相关基因：胸腺素β10（TMSB10，在16/64对比中显著）、吞噬调控因子CYRIB、B细胞受体PTPRC

2. 抗菌肽基因：肝脏抗菌肽LEAP2在21/35天表达下调，cathelicidin CATHL3在脾脏35天下调

3. 细胞因子网络：CXCL13（B细胞趋化因子）在淋巴结21天上调，IL-33在淋巴结35天下调

4. 铁代谢基因：铁转运蛋白SLC40A1在外周血34天显著下调

功能富集分析

响应对比的功能聚类揭示：

• 上调基因：有丝分裂周期调控（血液/淋巴结）、类固醇代谢（肝脏）

• 下调基因：血液凝固（外周血）、受体介导内吞（肝脏/淋巴结）、细胞迁移（淋巴结）

  特别值得注意的是，外周血中"GO:0007596血液凝固"和"GO:0030055细胞-基质连接"通路的显著富集，以及铁稳态相关基因的差异表达模式。

讨论

研究发现锥虫耐受性的分子机制可能涉及：

1. 双重控制机制：既通过抗菌肽（如LEAP2、CATHL3）直接抑制寄生虫，又通过调节铁稳态（如SLC40A1）控制贫血

2. 时序差异：N'Dama牛表现出更早的促炎反应，特别是在外周血中

3. 组织特异性：肝脏显示出独特的代谢重编程，而淋巴组织更侧重免疫细胞招募

4. B细胞调控：CXCL13/TNFSF13B等B细胞相关因子的差异表达提示体液免疫的调控作用

该研究为理解哺乳动物-锥虫互作提供了多组织、动态过程的分子视角，其发现的铁稳态调控机制可能对人类非洲锥虫病（HAT）研究也有借鉴意义。未来研究可重点关注SLC40A1等关键基因的遗传变异与锥虫耐受性的关联，以及如何通过基因组育种优化这些性状。